Engranaje de válvula
El engranaje de la válvula de una máquina de vapor es el mecanismo que opera las válvulas de entrada y escape para admitir vapor en el cilindro y permitir que escape el vapor de escape, respectivamente, en los puntos correctos del ciclo. También puede servir como marcha atrás . A veces se lo denomina "movimiento".
En el caso simple, esto puede ser una tarea relativamente simple como en el motor de combustión interna en el que las válvulas siempre se abren y cierran en los mismos puntos. Sin embargo, esta no es la disposición ideal para una máquina de vapor, porque la mayor potencia se logra manteniendo la válvula de entrada abierta durante toda la carrera de potencia (por lo tanto, se tiene la presión total de la caldera, menos las pérdidas de transmisión, contra el pistón durante toda la carrera), mientras que la eficiencia máxima es se logra abriendo la válvula de entrada solo por un corto tiempo y luego dejando que el vapor se expanda en el cilindro (trabajo expansivo).
El punto en el que el vapor deja de ser admitido en el cilindro se conoce como corte , y la posición óptima para esto varía según el trabajo que se realiza y el compromiso deseado entre potencia y eficiencia. Las máquinas de vapor están equipadas con reguladores ( aceleradores en el lenguaje estadounidense) para variar la restricción del flujo de vapor, pero generalmente es preferible controlar la potencia a través de la configuración de corte, ya que hace que el uso del vapor de la caldera sea más eficiente.
Se puede obtener un beneficio adicional al admitir el vapor en el cilindro ligeramente antes del punto muerto delantero o trasero . Esta admisión avanzada (también conocida como vapor de plomo ) ayuda a amortiguar la inercia del movimiento a alta velocidad.
En el motor de combustión interna, esta tarea la realizan las levas en un árbol de levas que impulsa las válvulas de asiento , pero esta disposición no se usa comúnmente con los motores de vapor, en parte porque es complicado lograr una sincronización variable del motor usando levas. En su lugar, generalmente se usa un sistema de excéntricas , manivelas y palancas para controlar una válvula deslizante D o una válvula de pistón desde el movimiento. Generalmente, se agregan dos movimientos armónicos simples con diferentes ángulos de fase fijos en proporciones variables para proporcionar un movimiento de salida que es variable en fase y amplitud. A lo largo de los años se ha ideado una variedad de tales mecanismos, con un éxito variable.
Tanto las válvulas de corredera como las de pistón tienen la limitación de que los eventos de admisión y escape están fijos entre sí y no pueden optimizarse de forma independiente. Se proporciona un lapeado en los bordes de vapor de la válvula, de modo que aunque la carrera de la válvula se reduce a medida que avanza el corte, la válvula siempre está completamente abierta para descargar. Sin embargo, a medida que se acorta el corte, los eventos de escape también avanzan. El punto de liberación del escape ocurre antes en la carrera de potencia y la compresión antes en la carrera de escape. La liberación temprana desperdicia algo de energía en el vapor, y el cierre temprano también desperdicia energía al comprimir una cantidad de vapor innecesariamente grande. Otro efecto del corte temprano es que la válvula se mueve bastante lentamente en el punto de corte, y esto crea un punto de constricción que hace que el vapor ingrese al cilindro a menos de la presión total de la caldera (llamado 'trefilado' del vapor, llamado así por el proceso de hacer alambre de metal pasándolo a través de un agujero), otro efecto termodinámico derrochador visible en undiagrama indicador
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